IER. Curso Pre-Congreso ISES-ANES Universidad del Caribe 31 de octubre al 2 de noviembre de 2013 Cancún, Quintana Roo, México

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1 IR Curso Pre-Congreso ISS-ANS Universidad del Caribe 31 de octubre al 2 de noviembre de 2013 Cancún, uintana Roo, México Cálculo de una instalación frigorífica por absorción NH 3 H 2 O para la producción de ielo Isaac Pilatowsky Figueroa Roberto Best y Brown Coordinación de Refrigeración y Bombas de Calor, Departamento de Sistemas nergéticos, Instituto de nergías Renovables, Universidad Nacional Autónoma de México

2 Sesión IV Cálculo de una instalación frigorífica por absorción Amoniaco - Agua

3 Requerimientos de enfriamiento Climatización de espacios Refrigeración y conservación de perecederos Refrigeración en procesos industriales Producción de ielo Congelación

4 Cálculo de la potencia de enfriamiento para producción de ielo Datos de entrada Masa del ielo a formar: M H emperatura de diseño (por debajo de 0ºC), basada en la caída de temperatura debida al intercambio térmico: D emperatura inicial del agua IA Capacidad de producción, M H /unidad de tiempo

5 Cálculo de la potencia de enfriamiento para producción de ielo A) nfriamiento sensible (q si ) de la temperatura inicial del agua IA a la temperatura de congelación C (0ºC). q si m C ( ) a p ( IA C B) Calor latente de solidificación q S en donde λ es el calor de solidificación del agua a 0 ºC. q S m λ a

6 Cálculo de la potencia de enfriamiento para producción de ielo d) nfriamiento sensible de la C a la temperatura de diseño de enfriamiento D. q S m Cp( D ) a ( C D e) Potencia total q q q + q + si s q se

7 Cantidad de amoniaco necesaria para la Capacidad de enfriamiento producción de ielo La energía especifica q de enfriamiento por unidad de masa de refrigerante, es equivalente a su calor de vaporización en kj/kg q V L n donde V y L corresponden a las entalpías del vapor y la del líquido a la temperatura de evaporación.

8 Cantidad de amoniaco necesaria para la producción de ielo Durante el proceso de transportar el refrigerante líquido a las condiciones de condensación a las de evaporación a través de la válvula de expansión, este sufre un enfriamiento q P en función de la diferencia de presiones, produciéndose una pérdida en la capacidad de enfriamiento la cual se le extrae al calor de vaporización. q P m R C p R ( C odas las propiedades corresponden al amoniaco. n el caso del calor específico este es un promedio entre y C. La capacidad de enfriamiento disponible es: ) q D ( ) V L q P

9 Cantidad de amoniaco necesaria para la producción de ielo Una forma más directa de efectuar el cálculo de q D equivalente a D D V Por lo tanto la cantidad de amoniaco en circulación a través del ciclo de refrigeración es, la potencia requerida para la formación de ielo entre la capacidad de vaporización del amoniaco por unidad de masa. m A / tiempo q LC / tiempo D

10 Ciclo termodinámico l ciclo de refrigeración por absorción puede ser con un funcionamiento intermitente o continuo y ser un ciclo básico a una etapa o múltiples etapas y contener o no intercambiadores de calor tanto para la recuperación de calor sensible o latente. n este caso se seleccionará un ciclo continuo a una etapa con intercambiadores de calor entre el generador y el absorbedor y entre el condensador y el evaporador, como el representado en la figura 1.

11 Ciclo de refrigeración por absorción continuo a una etapa con intercambiadores de calor R Rectificador R 1 Condensadoror C C Subenfriador SC enerador I Precalentador vaporador A 13 Absorbedor 8 7 A

12 (rectificador) NRADOR m m15 m14 m11 NRADOR m + X + m X m X m X (intercambiador de calor) m& & m1111 m10 10 m1515 & &

13 RCIFICADOR RCIFICADOR (condensador) (generador) m& m& + m& m& X m& X + m& X R m& & 1414 m1 1 m15 15 &

14 CONDNSADOR (rectificador) 1 CONDNSADOR 2 (válvula de expansión) m& m& 1 2 m& X m& X C m& & 11 m 22

15 INRCAMBIADOR D CALOR LÍUIDO-VAPOR (absorbedor) (condensador) efectividad 5 2 η ILV ' 5 ' 2 m & & & m55 m33 m5' 5' & 5 3 (absorbedor) ILV ( ) m ( ) m& & r ' 5

16 VÁLVULA D XPANSIÓN (condensador) (evaporador)

17 VAPORADOR (intercambiador de calor, líquido-vapor) 5 (Válvula de expansión) 4 m& m& + m& m& X m& X + m& X VAPORADOR m& & 55 + m 6 6 m 4 4 & 6 (absorbedor)

18 ABSORBDOR (intercambiador líquidolíquido/válvula de expansión) ( bomba/intercambiador líquido-líquido) 13 8 ABSORBDOR (evaporador) 7 m& m& + m& m& X m& X + m& X A m& & m13 13 m 88 &

19 (intercambiador de calor, líquido-líquido) VÁLVULA D XPANSIÓN 12 m & & 12 m 13 X X 12 X (Absorbedor)

20 m& m& 8 9 (intercambiador de calor, líquido-líquido/ generador) 9 BOMBA X 8 X 9 (Absorbedor) 8 9 8

21 INRCAMBIADOR LÍUIDO-LÍUIDO (generador) m& m& m& S 9 10 m& 11 m& 12 m& w m& + m& m& + m& ILL ( ) m ( ) m& & w S η ILL (válvula de expansión/ absorbedor) ( Bomba/absorbedor)

22 Rendimiento térmico, S B BOMBA FUN ÉRMICA FLUIDO DL SISMA W P, S SPACIO A NFRIAR A A, A AMBIN a S a a

23 Calor disipado al ambiente a C + Calor absorbido P W S S S S ( ) ( ) P a a W Si 0 W P ( ) ( ) a a COP ( ) ( ) a a COP max

24 ficiencia termodinámica ficiencia termodinámica P W COP + P R R P R W F F W COP ) ( 1) ( R A R m m F D C D R R X X X X F

25 Solvente en circulación La cantidad específica del solvente circulando en relación a una unidad de masa de vapor de refrigerante, en el caso de la cantidad de solución concentrada, llevada por la bomba de la solución del absorbedor al generador, está representada por la relación: f X X X X V X SD SC La cantidad específica de la solución saliendo del generador por unidad de refrigerante evaporado,, correspondiendo a la solución diluida regresando al absorbedor a través de la válvula de expansión de la solución, está dada por: SD f X 1 X V SC X X SC SD

26 Diagrama entalpia-concentración para el sistema amoniaco-agua Mezclas de vapores Mezclas líquidas Mezclas sólidas

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